説明

反応性官能基を有する微粒子

【課題】 遺伝子診断、免疫診断、医薬品開発、環境試験等に使用される標識プローブを封入した微粒子であって、生体物質と反応性官能基との結合反応を阻害することなく、厳密に生体物質の認識を行うことができる微粒子の提供。
【解決手段】 コアシェル型ミセル構造体からなる微粒子であって、該微粒子のコアには水不溶性高分子及びシグナル発生物質を含有し、微粒子の外表面には、生体物質と反応性を有する親水性官能基が露呈している微粒子。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、遺伝子診断、免疫診断、医薬品開発、環境試験等に使用される標識プローブを封入した微粒子に関する。
【背景技術】
【0002】
免疫測定など、生体物質を分析する分野では、酵素または蛍光剤などのシグナル物質でプローブを標識とし、例えば抗原−抗体間の反応等を間接的に分析することが知られている。標識として使用されるシグナル物質は、疎水基が表層に露出しているものが多く、例えば蛍光ランタノイド錯体を利用することが知られている。また、プローブが高分子材料等に封入された微粒子を分析に利用することも知られている。
【0003】
微粒子を製造する方法としては、例えば、シグナル物質をポリエチレングリコール(PEG)、リン脂質などの生体適合性物質で覆った微粒子を作製する手法が提案されている(特許文献1及び特許文献2参照)。これらの微粒子の製造方法は、予めマクロモノマーを作製し、末端の重合性官能基よりブロックコポリマーを作製し、凝集させ、シグナル物質を導入することで微粒子を製造する方法、シグナル物質を混合したポリマーに官能基を導入した微粒子を作製し、その官能基とPEGとを結合させることにより微粒子を製造する方法、である。この際、シグナル物質としては、例えば、蛍光ランタノイド錯体を用いられ、その微粒子は、時間分解測定法に利用される。
【特許文献1】特開2004−107612号公報
【特許文献2】特開2004−211052号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、上記微粒子の製造方法では、微粒子を形成する前にシグナル物質を導入させることは難しい。また、作成された微粒子は、測定対象外の生体物質を疎水的相互作用によって吸着し、分析値のバックグラウンドを高めたり、バラツキを発生させる問題があった。
【0005】
界面活性剤を使用して微粒子を作成する場合は、界面活性剤の親水基の立体障害により、生体物質と反応性官能基との結合反応を阻害するという問題が生じる。一方、微粒子の最外殻に、界面活性剤由来の親水基が存在することから、生体物質の認識が不十分となる問題もある。
【0006】
さらには、ランタノイドイオンは、元々生体中に含まれているため、生体物質を測定する際に使用される緩衝剤リン酸イオンとの相互作用により、その蛍光強度が時間とともに減少するという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、界面活性剤を用いて内部にシグナル物質の導入されたミセルを形成した微粒子を作製し、そのシグナル物質を封入した微粒子を標識として用いる際に、界面活性剤の親水基を結合サイトとして用いることで、本発明を完成するに到った。
【0008】
即ち、本発明は、コアシェル型ミセル構造体からなる微粒子であって、該微粒子のコアには水不溶性高分子及びシグナル発生物質を含有し、微粒子の外表面には、生体物質と反応性を有する親水性官能基が露呈している微粒子である。
【発明の効果】
【0009】
このように作製した微粒子は、界面活性剤由来の親水基の立体障害により、非特異吸着を防ぎ、界面活性剤由来の親水基に生体物質と反応性を有する官能基が存在することで、効率的に生体物質等と結合し、生体物質等が標的を補足しやすくなったりするという利点がある。本発明にかかる微粒子は、一般的な免疫測定や免疫測定を用いた高感度分析、バイオイメージングによる生体分析、ウエスタンブロッド、イムノクロマト、DNA、RNAのハイブリダイゼーション、マイクロチップ使用時の標識剤、HPLCなどの分析に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明は、コアシェル型ミセル構造体からなる微粒子であって、該微粒子のコアには水不溶性高分子及びシグナル発生物質を含有し、微粒子の外表面には、生体物質と反応性を有する官能基を持った親水性官能基が露呈している微粒子、である。
【0011】
コアシェル型ミセル構造体とは、界面活性剤がミセル形成する際に、水に溶解しにくい有機分子をミセル内部に取り込んだ構造体をいう。本発明のコアシェル型ミセル構造体からなる微粒子は、界面活性剤がミセル形成する際に、水に溶解しにくい重合性モノマーを内部に取り込み、次いで重合反応を実施することにより、コアが水不溶性高分子となっているものをいう。また、シグナル発生物質は、重合反応の際、重合性モノマー溶液に含有することにより、コア部に、シグナル発生物質を含有させることができる。
【0012】
ここで、「水不溶性高分子」とは、重合性モノマーを重合することにより得られるものを指す。重合性モノマーとしては、スチレン系モノマー、(メタ)アクリレート類等が例示できる。好ましくは、(メタ)アクリレート類である。このような高分子のうち、シグナル物質との相性を判断してモノマーを選択することは重要である。(メタ)アクリレート類を使用した場合には、励起光として紫外域の波長光を用いるのに適する。また、4,4’−ビス(1”、1”、1”、2”、2”、3”、3”、−ヘプタフルオロ−4”、6”−ヘキサンジオニル−6”−)−クロロスルフォ−o−テルフェニル(以下、BHHTと称す)-Eu3+を用いるにあたっては、メチルメタクリレートを用いることで効率よく微粒子化ができる。
【0013】
「シグナル発生物質」とは、蛍光剤、燐光剤、磁性体、放射性物質など、標識として用いることができる全ての物質を指す。さらに本発明によれば、シグナル発生物質は、ミセル構造の内部(疎水領域)に包含されるため、水中での安定性が低いものでも安定に存在させることできる。さらに、水不溶性シグナル物質については、界面活性剤由来の親水基によって包括されるため、水に易溶となることが利点として挙げられる。
【0014】
シグナル発生物質の内、微粒子の形態を取って使いやすい蛍光剤としては、蛍光錯体が挙げられる。蛍光錯体は、水中に存在するイオン又はキレート物質によって錯体の形成が不安定化することから、本発明の微粒子に包含する好ましい例と言える。蛍光錯体として、好ましくは、蛍光性ランタノイド錯体が例示される。ランタノイド金属としては、ランタノイド金属は、Eu3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Nd3+、Sm2+、Sm3+、Eu2+、Tb3+、Dy3+、Dy4+、Ho3+、Er3+、Tm2+、Tm3+、Yb2+、Yb3+などがあげられる。配位子としては、上記金属と安定な錯体構造を形成し、その錯体が十分な蛍光強度及び蛍光寿命を示すものであれば、特に制限はないが、一方にフッ素置換アルキル基、他方にビフェニル基を有するβ−ジケトン骨格を有する配位子が蛍光効率を高める点で好ましい。
【0015】
そのような好ましい蛍光錯体の例としては、4,4’−ビス(1”、1”、1”、2”、2”、3”、3”、−ヘプタフルオロ−4”、6”−ヘキサンジオニル−6”−)−クロロスルフォ−o−テルフェニル-Eu3+が挙げられる。
【0016】
ミセル構造を形成するための界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレングリコール、アミノ酸、多糖類、核酸、リン脂質などを界面活性剤の親水基として用いられているものや、或いは親水性を示すものであればどのようなものでも想定でき、従って、イオン性の親水基としてはアニオン、ノニオン、カチオン全ての界面活性剤を用いることができる。疎水基については、一般的な炭化水素であれば、その形状は鎖状・環状にとらわれることはなく、例えば、アルカン、ベンゼン環など全ての疎水性を示すものを想定できる。さらには、重合性を示し、微粒子の核部分を形成するモノマーとランダムポリマーを形成するものを用いることも可能である。
【0017】
「親水性官能基」とは、微粒子に生体物質が結合可能なように準備された官能基をいう。生体物質としては、タンパク質、DNA、RNAなど生体に関わるあらゆる物質が想定でき、さらには細胞、組織、臓器なども挙げられる。その内のタンパク質としては、抗体、アビジン、BSA、無細胞によって作成されたタンパク質等が例示される。抗体として用いる場合、その形態に制限はなく、例えば、F(ab)’2、F(ab)、F(ab)’など抗体の一部も含まれる。さらには、ファージディスプレイ、細胞ディスプレイなどによって作成された抗体も想定される。
【0018】
上記の生体物質と結合可能な官能基としては、生体物質の種類により適宜選択できる。例えば、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、アルデヒド基、メルカプト基、マレイミド基、ビニルスルホン基、メタンスルホニル基、ヒドロキシサクシニイミド基、ヒドラジド基や更にはアリルアジド基などが挙げられる。今後の展開において、生体物質を基材に結合する際、もしくは生体物質同士を結合する際に用いられる反応官能基が新たに開発された場合においても、そのような官能基を微粒子の界面活性剤の親水基側に修飾することは基本的に可能である。
【0019】
上述の構成を有する微粒子の応用を考えると、20〜100nmの平均粒径を持つ微粒子であることが好ましい。
【0020】
本発明の微粒子は、乳化重合により製造することができる。具体的には、重合性モノマー及びシグナル発生物質を含む溶液を準備し、それを窒素気流下で界面活性剤溶液に添加する。次に、好ましくは超音波を照射し、分散を促進させた状態で重合反応を開始する。
【0021】
重合温度は、開始剤の種類により任意に設定できるが、通常のアゾ系開始剤、あるいはレドックス開始剤を使用する場合には温度は50℃から100℃、シグナル物質の安定性を考えると75℃〜80℃であることが好ましい。モノマーとシグナル物質の混合比率はシグナル物質の溶解度が許す範囲内であれば任意に設定できるが、シグナル物質の効率を考えると1:1である比率が好ましい。しかし、メタクリル酸メチルを用いた場合では、シグナル物質の混合比率は全体の10%であると良い発光効率を得られる。界面活性剤の使用量は、目標とする微粒子の粒径に依存するが、50nm程度の粒径の微粒子を作成する場合には界面活性剤の使用量は対モノマーで10%、または重合性界面活性剤を使用する場合には20%とするのが良い。さらに、開始剤の使用量は開始剤の種類に因るが、対モノマー比で0.01%から1%の間で任意に設定できるが、微粒子を構成するポリマーの分子量や重合時間などを考慮すると0.05%から0.3%の間で設定することがより好ましい。
【0022】
このような反応を実施することにより、重合性モノマーがポリマー化し、そのポリマーが核となっているコアシェル型ミセル構造体の微粒子を製造することができる。
【0023】
ここで、界面活性剤として、重合性官能基を有する界面活性剤を使用すれば、上記重合性モノマーのミセルを形成した後にランダムポリマーを形成することができる。
【0024】
重合性界面活性剤を用いて作成した微粒子では、生体物質との結合時に、有機溶剤(ジメチルホルムアミドやジメチルスルホキシドなど。)を用いても、界面活性剤の脱落するのを防ぐことができる。
【0025】
このように作製した微粒子では、例えばPEG末端を有するので、末端に水酸基が存在する状態になっている。水酸基は、メタンスルホニルクロリド等を用いてメシル化後アンモニアと反応させると、アミノ基などに変換できる。また、イソシアネート基のような水酸基と結合する官能基を持つクロスリンカー等を使用すれば、微粒子に生体物質と結合性を持つ官能基の導入は可能である。
【0026】
生体物質と結合しうる官能基を導入した微粒子は、抗体などの生体物質と結合させて、シグナルによって分析することで、免疫測定などの微量分析や、細胞等の染色、チップのハイブリダイゼーション検出などに応用できる。例えば、時間分解蛍光検出法を使用し、遺伝子解析等を行うことができる。
【実施例】
【0027】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【0028】
<参考例1> 蛍光錯体の合成
蛍光錯体の一つとして、BHHT錯体の合成法を例示する。実施例には、下記の方法で作製した蛍光錯体を使用した。
【0029】
4,4’−ジアセチル−o−テルフェニルの合成
0℃において、攪拌下の200mlのCH2Cl2 と、28gのAlCl3 と、16.1gのCH3COClの溶液に、100mlのCH2Cl2 と23gのo−テルフェニルの溶液を徐々に滴下した。0℃で30分間攪拌した後、室温で24時間攪拌した。さらに2時間還流した後、反応溶液を氷+塩酸(濃)中に注ぎ、充分攪拌した後、減圧蒸留によってCH2Cl2 を除去した。沈澱を濾別し、水でよく洗浄した。約250mlの2−ブタノンで生成物を再結晶し、生成した針状結晶を濾別し、真空乾燥した。収量は18.0gであり、収率は57.0%であった。
【0030】
BHHT合成
ジメチルホルムアミド500mL中に64.3gのNaOCH3 、18.0gの4,4’−ジアセチル−o−テルフェニルを45℃で攪拌し、溶解した。30gのC3F7COOC2H5 を滴下し、密封し、45℃で4時間攪拌した。水500gに58gの硫酸を溶解し、滴下して生成物を中和した。MTBEにより、抽出を行い、飽和NaCl水溶液でよく洗浄し、MgSO4を加え、MTBEを減圧し留去した。エタノール900mLを加え、80℃に加熱し、熱時ろ過した後、室温にて12時間静置した。析出物をろ過し、除去した後、さらにエタノールを減圧留去し、ヘプタンを結晶が出るまで添加して、再結晶により精製を行った。
【0031】
2.微粒子の作製
乳化重合による微粒子作製
丸底になっているガラス容器内に、水12.5mL入れ、界面活性剤ポリオキシエチレンラウリルエーテル2.5mgを水に溶解させ、添加した。次にメチルメタクリレートにBHHT-Eu3+錯体を溶解させ、を界面活性剤にゆっくりと添加した。ガラス容器内部を窒素置換し、さらに超音波を20分程度照射した。このガラス溶液に還流菅を取り付け、攪拌子にて攪拌しながらゆっくりと0.1%過流酸カリウム溶液2.5mL添加した。ゆっくりと攪拌を続け、75℃まで昇温し、5時間保持した。得られた溶液からサンプルを採取し、残ったメチルメタクリレートを、以下の条件でガスクロにて分析した結果、検出圏外となり、全てのメチルメタクリレートが重合しているということが判明した。さらに、得られた微粒子溶液を粒径測定装置(粒径測定装置(光散乱):大塚電子DLS-700)にて分析した結果、平均40nm程度の粒径をもつ微粒子であるということが判明した。
【0032】
<ガスクロマトグラフィー分析条件>
GC Hewlett Packard 5890Aを使用。
【表1】

【0033】
<実施例2>
重合性界面活性剤による微粒子作製
先と同様に、丸底になっているガラス容器に水11.5mL入れ、80%重合性界面活性剤アデカリアソープ6mlを水に溶解させ、添加した。次にメチルメタクリレートにBHHT-Eu錯体を溶解させ、を界面活性剤にゆっくりと添加した。ガラス容器内部を窒素置換し、さらに超音波を20分程度照射した。このガラス溶液に還流菅を取り付け、攪拌子にて攪拌しながらゆっくりと0.1%過流酸カリウム溶液2.5mL添加した。ゆっくりと攪拌を続け、75℃まで昇温し、5時間保持した。得られた溶液からサンプルを採取し、残ったメチルメタクリレートをガスクロにて分析した結果、検出圏外となり、全てのメチルメタクリレートが重合しているということが判明した。さらに得られた微粒子溶液を粒径測定装置にて分析した結果、平均170.05nmの粒径を持つ微粒子であるということが判明した。
【0034】
反応性官能基の作製
前述微粒子を4mg/mLの濃度で0.1Mリン酸バッファー(pH8.5)溶解し、1mLにした。これに、10mg/mLのPMPI(PIRCE社製)ジメチルスルホキシド溶液を10μL添加し、30分静置した。これをMWCO300000の透析膜を用い、0.05Mのリン酸バッファー(pH7.0)で透析を行った。こうして、マレイミドを末端に持つ微粒子を作製した。
【0035】
<実施例3>
抗体結合
抗体は、ROCKLAND社のF(ab)’2fragment of Affinity Purified anti−Rabbit IgG F(c)[Goat](カタログ番号711−1103)を用いた。2−メルカプトエチルアミン11.36mgを0.1Mリン酸バッファー(pH6.0)に溶解した。F(ab)’2溶液2mLに2−メルカプトエチルアミン溶液を50μL添加し、脱塩カラムで精製しF(ab)’とした。実施例2で作製したマレイミド微粒子とこのF(ab)’を混合し、4℃で72時間静置した。次に10mg/mLで水に溶解した2−メルカプトエチルアミンをさらに溶解し、室温で1時間静置した。この後、MWCO300000の透析膜を用いてPBSで透析を行い、F(ab)’微粒子を作製した。
【0036】
抗IgG−微粒子を用いたIL−6サンドイッチイムノアッセイ
抗IL−6(マウスIgG、R&D:BAF206、モノクロナール)を2μg/mL調整したものを96穴マイクロタイタープレートに、1ウェルに100μLずつ分注し、室温で一晩静置した。TBSを用いて3回洗浄後、1%BSA、0.9%NaCl、0.05%NaN3を含む、0.1M炭酸ナトリウムバッファを1ウェルに200μLずつ分注し、室温で1時間静置した。IL−6をTBSに溶解し、1000〜0.1pg/mLの濃度を用意し、それぞれの濃度を8ウェルずつ1ウェルに対し100μL分注し、室温で2時間静置した。0.05%Tween20、0.05M トリス(pH7.8)溶液用いて3回洗浄した。次に抗IL−6(ラビットIgG、ROCKLAND、ポリクロナール)を10ng/mL用意し、分注し、室温で2時間静置した。0.05%Tween20、0.05M トリス(pH7.8)溶液用いて3回洗浄した。前述したF(ab)’微粒子を乾燥重量で0.001%分含む溶液を1ウェルに対し100μLずつ分注し、室温で2時間静置した。0.05%Tween20、0.05M トリス(pH7.8)溶液用いて3回洗浄した。次に、プレートリーダー(パーキンエルマーWallc 1420 ARVOsxマルチラベルプリンタ)を用いて、励起波長340nm、蛍光波長615nmにて、時間分解法により分析を行った。IL−6濃度が高くなるに従い、カウント数も高くなる良好な結果を表2に示した。
【表2】

【0037】
<実施例4>
次に抗体に抗IL−6(マウスIgG、R&D、モノクロナール)を利用した分析を行った。
【0038】
F(ab)’2の作製
精製には、PIRECE社製のImmunoPure F(ab’)2Preparation Kit(カタログ番号44888)を用いて作製・精製した。抗IL−6(マウスIgG、R&D:MAB206、モノクロナール)2mgを20mM酢酸ナトリウムバッファ(pH4.5)に懸濁した。次に、20mM酢酸ナトリウムバッファ(pH4.5)にて平衡化したペプシンと混合し、4時間37℃で静置した。これを付属IgGバインディングバッファで平衡化した後、付属のセパレーターを用いて回収し、予め、バインディングバッファにて平衡化してあったプロテインAカラムにFc領域を吸着させた。濾液を回収しF(ab)’2溶液とした。
【0039】
抗体結合
F(ab)’2溶液を、カラムを、用いて濃縮を行い、およそ1mLの溶液とした。F(ab)’2溶液に2−メルカプトエチルアミン溶液を50μL添加し、脱塩カラムで精製しF(ab)’とした。実施例2で作製したマレイミド微粒子とこのF(ab)’を混合し、4℃で72時間静置した。次に10mg/mLで水に溶解した2−メルカプトエチルアミンをさらに溶解し、室温で1時間静置した。この後、MWCO300000の透析膜を用いてPBSで透析を行い、F(ab)’微粒子を作製した。
【0040】
抗IgG−微粒子を用いたIL−6サンドイッチイムノアッセイ
抗IL−6(マウスIgG、R&D:BAF206、モノクロナール)を2μg/mL調整したものを96穴マイクロタイタープレートに、1ウェルに100μLずつ分注し、室温で一晩静置した。PBSを用いて3回洗浄後、1%BSA、0.9%NaCl、0.05%NaN3を含む、0.1M炭酸ナトリウムバッファを1ウェルに200μLずつ分注し、室温で1時間静置した。IL−6をPBSに溶解し、1000〜0.1pg/mLの濃度を用意し、それぞれの濃度を8ウェルずつ1ウェルに対し100μL分注し、室温で2時間静置した。0.05%Tween20、0.05M トリス(pH7.8)溶液用いて3回洗浄した。前述した抗IL−6F(ab)’微粒子を乾燥重量で0.001%分含む溶液を1ウェルに対し100μLずつ分注し、室温で2時間静置した。0.05%Tween20、0.05M トリス(pH7.8)溶液用いて3回洗浄した。次に、プレートリーダー(パーキンエルマーWallc 1420 ARVOsxマルチラベルプリンタ)を用いて、励起波長340nm、蛍光波長615nmにて、時間分解法により分析を行った。IL−6濃度が高くなるに従い、カウント数も高くなる良好な結果を示した。
【表3】



【特許請求の範囲】
【請求項1】
コアシェル型ミセル構造体からなる微粒子であって、該微粒子のコアには水不溶性高分子及びシグナル発生物質を含有し、微粒子の外表面には、生体物質と反応性を有する親水性官能基が露呈している微粒子。
【請求項2】
親水性官能基に、生体物質が結合している請求項1記載の微粒子。
【請求項3】
微粒子が1〜1000nmの平均粒径を持つ請求項1又は2記載の微粒子。
【請求項4】
シグナル物質が、蛍光性ランタノイド錯体である請求項1〜3のいずれかに記載の微粒子。
【請求項5】
蛍光性ランタノイド錯体が、4,4’−ビス(1”、1”、1”、2”、2”、3”、3”、−ヘプタフルオロ−4”、6”−ヘキサンジオニル−6”−)−クロロスルフォ−o−テルフェニル以下BHHT)-Eu3+である請求項4記載の微粒子。
【請求項6】
重合性モノマー及びシグナル物質を含む溶液に、界面活性剤を加え、重合反応を行うことを含む微粒子の製造方法。
【請求項7】
さらに重合性モノマー及びシグナル物質を含む溶液に、超音波を照射することを含む請求項6記載の製造方法。
【請求項8】
さらに重合反応後、親水性官能基を導入する工程を含む、請求項6又は7に記載の製造方法。
【請求項9】
界面活性剤が重合性界面活性剤である請求項6〜8のいずれかに記載の製造方法。
【請求項10】
請求項1〜5のいずれかを使用する時間分解蛍光検出法。


【公開番号】特開2006−199798(P2006−199798A)
【公開日】平成18年8月3日(2006.8.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−12059(P2005−12059)
【出願日】平成17年1月19日(2005.1.19)
【出願人】(000006035)三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Fターム(参考)】